استخدام المحفزات في إنتاج BDO

يُعدّ BDO، المعروف أيضًا باسم 1,4-بيوتانيديول، مادة خام أساسية مهمة في الكيمياء العضوية والكيميائية الدقيقة. يُمكن تحضير BDO عبر عدة طرق، منها طريقة أسيتيلين ألدهيد، وطريقة أنهيدريد الماليك، وطريقة كحول البروبيلين، وطريقة البيوتادين. تُعتبر طريقة أسيتيلين ألدهيد الطريقة الصناعية الرئيسية لتحضير BDO نظرًا لانخفاض تكلفتها وسهولة تصنيعها. في هذه الطريقة، يُكثّف الأسيتيلين والفورمالديهايد أولًا لإنتاج 1,4-بيوتانيديول (BYD)، والذي يُهدرج لاحقًا للحصول على BDO.

تحت ضغط عالٍ (13.8-27.6 ميجا باسكال) ودرجة حرارة تتراوح بين 250 و350 درجة مئوية، يتفاعل الأسيتيلين مع الفورمالديهايد بوجود عامل حفاز (عادةً ما يكون أسيتيلين نحاسي وبزموت على دعامة من السيليكا)، ثم يُهدرج المركب الوسيط 1،4-بيوتينيديول إلى بيوتانيديول باستخدام عامل حفاز من نيكل راني. تتميز الطريقة التقليدية بعدم الحاجة إلى فصل العامل الحفاز عن المنتج، وانخفاض تكلفة التشغيل. مع ذلك، يتميز الأسيتيلين بضغط جزئي عالٍ وخطر الانفجار. يصل معامل أمان تصميم المفاعل إلى 12-20 ضعفًا، كما أن المعدات كبيرة الحجم ومكلفة، مما يؤدي إلى استثمار كبير. يتفاعل الأسيتيلين مع الفورمالديهايد لإنتاج بولي أسيتيلين، مما يُعطل عمل العامل الحفاز ويسد خط الأنابيب، وبالتالي يُقصر دورة الإنتاج ويُقلل من الناتج.

استجابةً لقصور وضعف الطرق التقليدية، جرى تحسين معدات التفاعل والمحفزات المستخدمة في نظام التفاعل لتقليل الضغط الجزئي للأسيتيلين فيه. وقد شاع استخدام هذه الطريقة محليًا ودوليًا. في الوقت نفسه، يُجرى تخليق BYD باستخدام طبقة من الحمأة أو طبقة معلقة. وتُنتج هدرجة BYD من ألدهيد الأسيتيلين مادة BDO، وتُعدّ عمليتا ISP وINVISTA حاليًا الأكثر استخدامًا في الصين.

① تخليق البيوتينيديول من الأسيتيلين والفورمالديهايد باستخدام محفز كربونات النحاس

في قسم الأسيتيلين الكيميائي من عملية BDO في شركة INVIDIA، يتفاعل الفورمالديهايد مع الأسيتيلين لإنتاج 1،4-بيوتينيديول بوجود عامل حفاز من كربونات النحاس. تتراوح درجة حرارة التفاعل بين 83 و94 درجة مئوية، والضغط بين 25 و40 كيلو باسكال. يظهر العامل الحفاز على شكل مسحوق أخضر.

٢- عامل حفاز لهدرجة البيوتينيديول إلى بيوتينيديول

يتألف قسم الهدرجة في العملية من مفاعلين ذوي طبقة ثابتة عالية الضغط متصلين على التوالي، حيث تتم 99% من تفاعلات الهدرجة في المفاعل الأول. أما محفزات الهدرجة الأولى والثانية فهي عبارة عن سبائك من النيكل والألومنيوم المنشطة.

نيكل رينيه ذو الطبقة الثابتة عبارة عن كتلة من سبائك النيكل والألومنيوم بأحجام جسيمات تتراوح من 2 إلى 10 مم، وقوة عالية، ومقاومة جيدة للتآكل، ومساحة سطحية كبيرة، واستقرار أفضل للمحفز، وعمر خدمة طويل.

تكون جزيئات نيكل راني غير المنشطة ذات الطبقة الثابتة بيضاء رمادية، وبعد تركيز معين من الترشيح القلوي السائل، تصبح جزيئات سوداء أو رمادية سوداء، وتستخدم بشكل رئيسي في مفاعلات الطبقة الثابتة.

① محفز مدعوم بالنحاس لتخليق البيوتينديول من الأسيتيلين والفورمالديهايد

يتفاعل الفورمالديهايد مع الأسيتيلين تحت تأثير عامل حفاز من النحاس والبزموت المدعوم، وذلك لإنتاج 1،4-بيوتينيديول، عند درجة حرارة تفاعل تتراوح بين 92 و100 درجة مئوية وضغط يتراوح بين 85 و106 كيلو باسكال. ويظهر العامل الحفاز على شكل مسحوق أسود.

٢- عامل حفاز لهدرجة البيوتينيديول إلى بيوتينيديول

تعتمد عملية ISP على مرحلتين من الهدرجة. في المرحلة الأولى، يُستخدم مسحوق سبيكة النيكل والألومنيوم كعامل حفاز، حيث تُحوّل عملية الهدرجة تحت ضغط منخفض مادة BYD إلى BED وBDO. بعد الفصل، تُجرى المرحلة الثانية وهي هدرجة تحت ضغط عالٍ باستخدام النيكل المُحمّل كعامل حفاز لتحويل BED إلى BDO.

عامل حفاز للهدرجة الأولية: مسحوق نيكل راني

محفز الهدرجة الأولية: محفز مسحوق نيكل راني. يُستخدم هذا المحفز بشكل أساسي في قسم الهدرجة تحت الضغط المنخفض من عملية ISP، لتحضير منتجات BDO. يتميز بنشاطه العالي، وانتقائيته الجيدة، ومعدل تحويله المرتفع، وسرعة ترسبه. مكوناته الرئيسية هي النيكل والألومنيوم والموليبدينوم.

محفز الهدرجة الأولي: محفز هدرجة مسحوق سبيكة النيكل والألومنيوم

يتطلب العامل الحفاز نشاطًا عاليًا وقوة عالية ومعدل تحويل عالي لـ 1,4-بيوتينيديول، وعددًا أقل من المنتجات الثانوية.

محفز الهدرجة الثانوية

هو عامل حفاز مدعوم، يستخدم الألومينا كحامل، والنيكل والنحاس كمكونات فعالة. يُخزن في الماء بعد اختزاله. يتميز هذا العامل الحفاز بقوة ميكانيكية عالية، وفقدان احتكاك منخفض، وثبات كيميائي جيد، وسهولة التنشيط. تتميز جزيئاته بشكلها الشبيه بأوراق البرسيم الأسود.

حالات استخدام المحفزات

يُستخدم هذا النظام في شركة BYD لإنتاج BDO من خلال الهدرجة التحفيزية، ويُطبق على وحدة إنتاج BDO بسعة 100000 طن. يتم تشغيل مجموعتين من المفاعلات ذات الطبقة الثابتة في وقت واحد، إحداهما من طراز JHG-20308، والأخرى تستخدم محفزًا مستوردًا.

الفرز: أثناء فرز المسحوق الناعم، تبين أن المحفز ذو الطبقة الثابتة JHG-20308 ينتج مسحوقًا ناعمًا أقل من المحفز المستورد.

التنشيط: استنتاج تنشيط المحفز: ظروف تنشيط المحفزين متطابقة. من البيانات، يتضح أن معدل إزالة الألومنيوم، وفرق درجة الحرارة بين المدخل والمخرج، وحرارة تفاعل التنشيط المنبعثة من السبيكة في كل مرحلة من مراحل التنشيط متطابقة تمامًا.

درجة الحرارة: درجة حرارة تفاعل المحفز JHG-20308 لا تختلف اختلافًا كبيرًا عن درجة حرارة المحفز المستورد، ولكن وفقًا لنقاط قياس درجة الحرارة، فإن المحفز JHG-20308 يتمتع بنشاط أفضل من المحفز المستورد.

الشوائب: من بيانات الكشف عن محلول BDO الخام في المرحلة المبكرة من التفاعل، فإن JHG-20308 يحتوي على شوائب أقل قليلاً في المنتج النهائي مقارنة بالمحفزات المستوردة، وينعكس ذلك بشكل رئيسي في محتوى n-بيوتانول وHBA.

بشكل عام، فإن أداء المحفز JHG-20308 مستقر، مع عدم وجود منتجات ثانوية عالية واضحة، وأداؤه هو نفسه أو حتى أفضل من أداء المحفزات المستوردة.

عملية إنتاج محفز النيكل والألومنيوم ذي الطبقة الثابتة

(1) الصهر: يتم صهر سبيكة النيكل والألومنيوم في درجة حرارة عالية ثم يتم صبها في شكلها.

(2) التكسير: يتم تكسير كتل السبائك إلى جزيئات صغيرة من خلال معدات التكسير.

(3) الفرز: فرز الجسيمات ذات الحجم المؤهل.

(4) التنشيط: التحكم في تركيز معين ومعدل تدفق القلوي السائل لتنشيط الجزيئات في برج التفاعل.

(5) مؤشرات الفحص: محتوى المعدن، وتوزيع حجم الجسيمات، وقوة السحق الانضغاطي، والكثافة الظاهرية، وما إلى ذلك.